협동 로봇

개요

협동 로봇(cobot)은 협업 로봇(collaborative robot) 또는 동반 로봇(companion robot)이라고도 불리며, 공유 작업 공간에서 인간과 로봇의 직접적인 상호작용을 위해 설계된 기계이다. 보호 장벽 뒤에서 작동하는 전통적인 산업용 로봇과 달리, 협동 로봇은 인간과 가까운 거리에서 함께 작업한다.

안전 기능에는 일반적으로 "경량 구조 재료, 둥근 모서리, 속도 및 힘의 내재적 제한, 또는 안전한 동작을 보장하는 센서와 소프트웨어"가 포함된다.

용도

국제로봇연맹(IFR)은 로봇을 자동화를 위한 산업용 로봇과 가정 및 전문 용도의 서비스 로봇, 두 가지 주요 범주로 구분한다. 협동 로봇은 인간과 기계 사이의 전통적인 분리를 없앤다.

응용 분야는 다양한 영역에 걸쳐 있다:

• 공공장소의 안내 로봇
• 건물 내 자재 운반을 위한 물류 로봇
• 무거운 부품 이동이나 조립 작업 등 비인체공학적 작업을 보조하는 산업용 로봇

4단계 협업 수준

IFR은 협업 강도를 다음과 같이 정의한다:

1. 공존(Coexistence): 인간과 로봇이 작업 공간을 공유하지 않고 나란히 작업한다
2. 순차적 협업(Sequential Collaboration): 양쪽 모두 공유 공간에서 작업하지만 교대로 수행하며, 같은 부품에 대한 동시 작업은 없다
3. 협력(Cooperation): 로봇과 인간이 같은 부품에 대해 동시에 작업하며, 양쪽 모두 움직인다
4. 반응적 협업(Responsive Collaboration): 로봇이 인간 작업자의 움직임에 실시간으로 반응한다

현재 대부분의 산업용 협동 로봇 응용은 공존 또는 순차적 협업 단계에 해당하며, 협력 및 반응적 협업은 상대적으로 드물다.

역사

협동 로봇은 1996년 노스웨스턴 대학교의 J. 에드워드 콜게이트(J. Edward Colgate)와 마이클 페시킨(Michael Peshkin) 교수에 의해 발명되었다. 이들의 미국 특허는 "컴퓨터로 제어되는 범용 매니퓰레이터와 사람 간의 직접적인 물리적 상호작용을 위한 장치 및 방법"을 기술하고 있다.

박사후 연구원이었던 브렌트 질레스피(Brent Gillespie)가 "cobot"이라는 용어를 만들었으며, 이 명칭에 대한 이름 짓기 대회에서 50달러의 상금을 받았다.

이 발명은 다음에서 비롯되었다:

• 1994년 GM 로봇공학 센터의 프라사드 아켈라(Prasad Akella)가 이끈 제너럴 모터스 이니셔티브
• 1995년 인간과의 안전한 팀워크를 위한 로봇 장비 개발을 목표로 한 제너럴 모터스 재단 연구 보조금

이론적 기초는 1980년대 중반 스탠퍼드 대학교의 우사마 카티브(Oussama Khatib)에 의해 확립되었으며, 이후 독일항공우주센터(DLR)의 게르트 히르칭거(Gerd Hirzinger) 팀에 의해 더욱 정교해졌다.

초기 개발

초기 협동 로봇은 내부 동력원을 사용하지 않았다. 인간이 구동력을 제공하고 컴퓨터가 움직임을 제어했다. 이후 버전에서는 제한적인 구동력 기능이 추가되었다. 제너럴 모터스와 산업 단체들은 "cobot"이라는 용어가 Cobotics 회사와 너무 밀접하게 연결되어 있다고 보고, 대안으로 지능형 보조 장치(Intelligent Assist Device, IAD)라는 용어를 사용했다.

목표 응용 분야에는 제조업과 정형외과 수술이 포함되었다. Cobotics 회사는 이후 스탠리 어셈블리 테크놀로지스(Stanley Assembly Technologies)에 인수되었다.

표준 및 지침

안전 표준화는 점진적으로 발전해 왔다:

• RIA BSR/T15.1: 지능형 보조 장치에 대한 안전 표준 초안으로, 2002년 3월에 발행되었다
• ANSI/RIA R15.06: 1986년에 처음 발행된 로봇 안전 표준으로, ISO 10218-1 및 ISO 10218-2의 국가 표준 채택으로서 1992년, 1999년, 2011년에 개정되었다
• ISO/TS 15066:2016: 협동 로봇공학 요구사항 및 통합 응용을 다루는 기술 사양서이다
• ISO 10218-1: 선택적 협업 기능을 포함한 로봇에 대한 요구사항이다
• ISO 10218-2:2011: 협업 및 비협업 응용 모두에 대한 안전 요구사항이다

중요한 구분

"협동 로봇(cobot)"이라는 용어는 공식 표준화 용어가 아닌 마케팅 용어로 간주된다. 안전성은 구체적인 응용에 따라 달라진다. "절삭 공구나 날카로운 공작물을 다루는 로봇은 사람에게 위험할 수 있다. 그러나 같은 로봇이 폼 칩을 분류하는 경우에는 안전할 가능성이 높다."

로봇 통합업체에 의한 위험 평가는 ISO 12100에 따른 의도된 용도를 다룬다. 유럽에서는 기계류 지침(Machinery Directive)이 적용되지만, 로봇 단독으로는 부분 기계로 간주된다. 완전한 시스템에는 로봇, 말단 장치(엔드 이펙터), 그리고 응용 환경이 포함된다.

같이 보기

• 에어-코봇(Air-Cobot) — 항공기 검사를 위한 협동 이동 로봇
• 무인 운반차(AGV)